3.4 Progetto Enero Solutions
3.4.5 Controllo del livello: logica a 1 elemento
In modalità automatica, il controller opera direttamente sulla regolazione della valvola dell'acqua di alimentazione per mantenere il setpoint specificato dall'operatore.
In modalità manuale, l'operatore prende possesso diretto della valvola di alimentazione.
Il controller a 1 elemento entrerà in modalità tracking se è selezionata l'opzione a 3 elementi e tutte le condizioni per il controllo a 3 elementi sono soddisfatte.
In questa modalità di tracciamento, l'uscita del controller di flusso passa direttamente attraverso il controller a 1 elemento senza alterazioni.
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Le modalità disponibili sono quindi 3:
• MANUALE: l’operatore ha il controllo diretto della valvola;
• AUTO: il controller di livello agisce sulla valvola di alimentazione per ridurre al minimo l’errore tra il setpoint e la variabile misurata;
• TRACKING: il controller di livello a 1 elemento non è attivo; la posizione della valvola di alimentazione fornita dal controllore di flusso passa attraverso il controller a 1 elemento senza variazioni.
Il controller viene forzato in modalità manuale in caso di malfunzionamento della lettura del livello di liquido all’interno del corpo cilindrico.
Il controller viene forzato in modalità automatica se una delle condizioni del controller a 3 elementi non è rispettata:
• flusso di vapore inferiore alla soglia prestabilita;
• cattiva lettura del flusso di vapore;
• cattiva lettura del flusso di acqua alimento.
Il controller viene forzato in modalità tracking se l’opzione di controllo a 3 elementi è selezionata e tutte le condizioni sono soddisfatte.
3.4.6 Controllo del livello: logica a 3 elementi
In modalità automatica, il controller modula il setpoint del controller del flusso dell'acqua di alimentazione per mantenere il setpoint del livello specificato dall'operatore sul controller a 1 elemento.
Questa modalità sarà attiva solo se è stata attivata l’opzione di controllo a 3 elementi e tutte le condizioni di utilizzo sono soddisfatte:
• flusso di vapore superiore alla soglia prestabilita;
• buona lettura del flusso di vapore;
• buona lettura del flusso di acqua alimento.
Se il controller a 1 elemento è attivo, il controller a 3 elementi andrà in modalità tracking dove la sua uscita diventa equivalente alla lettura del flusso per consentire una transizione senza sbalzi nel momento in cui le condizioni di utilizzo del controllo a 3 elementi sono nuovamente soddisfatte.
Le modalità disponibili sono quindi 2:
• AUTO: il controller di livello modula il setpoint del controller di flusso dell’acqua di alimentazione per ridurre al minimo l’errore tra il setpoint e la variabile misurata;
• TRACKING: il controller di livello a 3 elementi non è attivo; il valore in uscita corrisponde al valore di portata misurata dell’acqua di alimento.
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Il controller viene forzato in modalità tracking se una delle condizioni di utilizzo del controller a 3 elementi non è rispettata:
• l’opzione di controllo a 1 elemento è selezionata dall’operatore;
• flusso di vapore inferiore alla soglia prestabilita;
• cattiva lettura del flusso di vapore;
• cattiva lettura del flusso di alimentazione.
Il controller viene forzato in modalità automatica se l’opzione di controllo a 3 elementi è attiva e tutte le condizioni sono soddisfatte.
3.4.7 Controllo del flusso dell’acqua di alimento
In modalità cascata il controller modula la valvola dell'acqua di alimentazione per mantenere il setpoint specificato dal controller di livello a 3 elementi.
Questa modalità sarà attiva solo se l’opzione di controllo a 3 elementi è stata precedentemente selezionata e tutte le condizioni di utilizzo sono soddisfatte:
• flusso di vapore superiore alla soglia prestabilita;
• buona lettura del flusso di vapore;
• buona lettura del flusso di acqua alimento.
Se il controller a 1 elemento è attivo, il controller di flusso dell’acqua di alimento entra in modalità tracking e il suo valore di uscita corrisponde all’uscita del controller a 1 elemento per consentire una transizione senza sbalzi nel momento in cui sia possibile tornare alla logica di controllo a 3 elementi.
Le modalità disponibili sono quindi 2:
• CASCATA: il controllore di flusso modula la valvola dell’acqua di alimento per ridurre al minimo l’errore tra il setpoint e la variabile misurata;
• TRACKING: il controllore di flusso è inattivo; il valore in uscita corrisponde al valore di uscita del controllore di livello a 1 elemento.
Il controller viene forzato in modalità tracking se una delle condizioni di utilizzo del controller a 3 elementi non è rispettata:
• l’opzione di controllo a 1 elemento è attiva;
• flusso di vapore inferiore alla soglia prestabilita;
• cattiva lettura del flusso di vapore;
• cattiva lettura del flusso d’acqua di alimento.
Il controller viene forzato in modalità automatica se l’opzione di controllo a 3 elementi è attiva e tutte le condizioni sono soddisfatte.
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3.4.8 Analisi della logica attuale
Di seguito vengono illustrate le criticità individuate imputabili all’attuale sistema di controllo. I risultati sono riportati separatamente per la caldaia a corteccia, la caldaia a liquor nero, e il sistema di bypass della rete vapore.
3.4.8.1 Caldaia BWE
L'analisi dei dati forniti dal sito ha consentito di valutare la necessità di utilizzare la logica a 1 elemento.
Osservando i risultati di figura 52, è possibile vedere che la relazione tra la portata del vapore e la portata dell'acqua è abbastanza lineare. I dati mostrano anche che a basso carico il flusso di vapore non è affidabile.
La logica attuale mostra una grande dipendenza dal flusso di vapore che è problematico a basso carico.
L'uso della logica a 1 elemento consentirebbe di fare affidamento solo sul livello di liquido all’interno del corpo cilindrico, che si rileva essere il valore più sicuro in fase di accensione, ad esempio.
D'altra parte, dato che la frequenza di occorrenza di flussi di vapore e acqua inferiori a » 30 t/h è bassa, come riportato nelle figure 53 e 54, con alcune correzioni è possibile proporre solo la logica a 3 elementi.
Figura 52. Correlazione acqua-vapore
54
Figura 53. Frequenza flusso di vapore
Figura 54. Frequenza flusso d'acqua
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3.4.8.2 Caldaia KV
L'analisi dei dati forniti per la caldaia KV mostra più o meno quanto emerso dallo studio della caldaia BWE tranne per il fatto che per la KV sembra esserci più presenza di flussi d'acqua bassi (meno di ≈ 190 t/h).
L'uso della logica a 1 elemento migliorerebbe notevolmente il funzionamento in questi intervalli operativi inferiori e soprattutto durante gli avviamenti. I risultati sono riportati nelle figure 55, 56 e 57.
Figura 55. Correlazione acqua-vapore
56
Figura 56. Frequenza flusso di acqua
Figura 57. Frequenza flusso di vapore
57
3.4.8.3 Valvole di bypass
Questa sezione è dedicata alla verifica dell’efficacia delle valvole di bypass per le due turbine. L’analisi è stata condotta separatamente per ognuna di esse ed è stato dedicato un grafico per ogni valvola.
Trip turbina 4
La capacità di bypass delle valvole di sfogo è stata analizzata per il periodo che va dal 3 marzo 2019 al 30 settembre 2019. I risultati sono riportati nelle figure 58, 59 e 60.
Figura 58. Bypass HP-BP
Figura 59. Bypass HP-MP
58
Figura 60. Bypass BP
È possibile notare che:
• la capacità della valvola di bypass HP-BP non è sufficiente per il 70%
delle volte; la capacità dovrebbe essere portata a 140 t/h;
• la capacità della valvola di bypass HP-MP è sufficiente;
• la capacità della valvola di bypass BP non è sufficiente per il 41% delle volte; la capacità dovrebbe essere portata a 100 t/h.
Trip turbina 5
Come per la turbina precedente, anche in questo caso la capacità di bypass delle valvole di sfogo è stata analizzata per il periodo che va dal 3 marzo 2019 al 30 settembre 2019. I risultati sono riportati nelle figure 61, 62 e 63.
Figura 61. Bypass HP-BP
59
Figura 62. Bypass HP-MP
Figura 63. Bypass BP
È possibile notare che:
• la capacità della valvola di bypass HP-BP non è sufficiente per il 99%
delle volte; la capacità dovrebbe essere portata a 200 t/h;
• la capacità della valvola di bypass HP-MP non è sufficiente per il 97%
delle volte; la capacità dovrebbe essere portata a 140 t/h;
• la capacità della valvola di bypass BP non è sufficiente per il 17% delle volte; la capacità dovrebbe essere portata a 100 t/h.
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3.4.9 Risultati attesi
Il corretto dimensionamento delle valvole di bypass consentirebbe alle caldaie di evitare la fermata necessaria al raggiungimento del limite superiore di riempimento del corpo cilindrico conseguente ad improvvisi cali di carico dovuti alla domanda di vapore o a malfunzionamenti e guasti delle due turbine.
Inoltre, le modifiche proposte all’attuale logica di controllo hanno lo scopo di ridurre quanto più possibile la dipendenza del sistema dal valore di portata di vapore in uscita dal corpo cilindrico, soprattutto nei casi in cui esso si è dimostrato inaffidabile.
Ci si è concentrati principalmente sulla realizzazione dell’intervento dedicato alla caldaia a corteccia.
Nello specifico, viene offerta la possibilità di modificare in maniera poco invasiva il sistema di controllo attuale, mantenendolo sempre su tre elementi, evitando però che faccia affidamento sul valore puntuale della portata di vapore, quanto piuttosto sulla sua variazione nel tempo.
In alternativa, si è proposta l’implementazione di una logica di controllo più complessa, caratterizzata dalla presenza in parallelo di un sistema a 1 e 3 elementi, che sia capace di selezionare automaticamente le condizioni di lavoro in funzione dell’affidabilità delle misure effettuate per quanto riguarda i valori di portata di vapore, portata di acqua o livello del corpo cilindrico.
In entrambi i casi, ci si aspetta una maggiore efficacia di controllo e una riduzione dell’ampiezza delle variazioni di livello con un conseguente aumento dell’affidabilità e della produttività della caldaia.